В манометрических приборах, предназначенных для измерения малых значений давления, в большинстве случаев используют мембраны, мембранные коробки или сильфоны. Соответственно эти приборы могут называться мембранными или сильфонными манометрами.
Согласно /16/ мембранный манометр – это деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является мембрана или мембранная коробка.
Соответственно сильфонный манометр – это также деформационный манометр, но в котором чувствительным элементом является сильфон.
В серии приборов напоромеров, тягомеров, тягонапоромеров НМП-100, ТмМП-100, ТНМП-100 (рис. 2.18) в качестве чувствительного элемента используется мембранная коробка 1, закрепленная на основании 2 каркаса 3. Измеряемое давление ризм подается через подводящий штуцер 4 внутрь мембранной коробки, что вызывает перемещение ее незакрепленного жесткого центра, которое передается на тягу 5 и приводит в действие коромысло 6. Длиной тяги также регулируется нулевое показание прибора. От коромысла через плечо 7 перемещение поступает на шибер 8, посредством которого линейное движение преобразуется в угловой сдвиг оси 9, на которой закреплена стрелка 10. Таким образом величина измеряемого давления отображается перемещением стрелки на шкале прибора 11.
Рис. 2.18. Мембранный манометрический прибор типа НМП:
а – вид измерительной части; б – схема; 1 – мембранная коробка; 2 – основание;
3 – каркас; 4 – подводящий штуцер; 5 – тяга; 6 – коромысло; 7 – плечо;
8 – шибер; 9 – ось; 10 – стрелка; 11 – шкала; 12 – корпус; 13 – стекло;14 – стопорное кольцо; 15 – упор
Прибор монтируется в прочном литом из алюминиевого сплава корпусе 12. Каркас крепится в корпусе с помощью подводящего штуцера. Стекло 13 фиксируется стопорным кольцом 14.
Упор 15 предназначен для исключения необратимой деформации мембранной коробки при воздействии давления, выше предельно допустимого.
Обращает на себя внимание тот факт, что смещенно-осевой передаточный механизм, состоящий из тяги, коромысла, плеча и шибера, не совершенен для сегодняшнего уровня технологий с большим запасом люфтов и настроечных винтов. Поэтому класс точности мембранных манометров типа МП не выше чем 1,5, а угол поворота указательной стрелки – угол размаха шкалы – не превышает 90о.
Разновидностью конструкции напоромера МП является модель с корпусом прямоугольной формы (72х144мм), в котором (рис. 2.19) угол поворота указательной стрелки менее 90°, но из-за фронтального размещения шкалы ее информативность значительно возрастает. Мембранная коробка 1 закреплена на основании 2. Центр верхней образующей мембранной коробки и коромысло 3 связаны тягой 4. Плечо коромысла соединено тягой 5 с плечом 6 оси 7, которая также служит осью вращения стрелки 8. Для обеспечения устойчивости стрелки она оснащена противовесом 9. Отсчет показаний прибора производится по шкале 10.
Рис. 2.19. Мембранный напоромер типа МП в корпусе прямоугольной формы:
1 – мембранная коробка; 2 – основание; 3 – коромысло; 4, 5 – тяга;
6 – плечо; 7 – ось; 8 – стрелка; 9 – противовес; 10 – шкала; 11 – подводящая линия
Измеряемая среда давлением ризм через подводящую линию 11 поступает во внутреннюю полость мембранной коробки. Под его воздействием перемещается центр коробки и через систему рычагов и тяг 4, 3, 5 и 6 это перемещение преобразуется в поворот оси, на которой установлена стрелка.
В большинстве случаев нелинейность статических характеристик мембранных коробок не превышает 10-15 % и устраняется изменением длин тяг, а также углов их зацеплений.
Многие зарубежные, а также некоторые отечественные фирмы производят мембранные манометрические приборы с компактным центрально-осевым передаточным механизмом (рис. 2.20).
Рис. 2.20. Показывающий манометрический прибор на основе мембраны:
1 – мембрана; 2 – площадка; 3 – передаточный механизм; 4 – держатель; 5 – стрелка
Мембрана 1 герметично припаяна к площадке 2, с которой образует рабочую полость чувствительного элемента. Центр мембраны имеет снаружи полированную площадку, с которой соприкасается шарик передаточного механизма 3, представляющего собой компактное устройство с миниатюрным рычажно-секторным механизмом, более детальная схема которого представлена на рис. 2.21
Рис. 2.21. Схема(а) и вид (б) центрально-осевого передаточного механизма:
1 – основание; 2 – поворотная ось; 3 – шаровая опора; 4 – упор;
5 – зубчатый сектор; 6 – трибка; 7 – спиральная пружина; 8 – плата верхняя; 9 – стойка
Измеряемое давление через подводящий штуцер держателя 4 поступает в рабочую полость чувствительного элемента, перемещая центр мембраны 1. Этот сдвиг передается центрально-осевым передаточным механизмом на стрелку 5 (см. рис.2.20).
Диапазон измеряемого давления определяется свойствами мембран и ограничивается для таких конструкций, как правило, в пределах от 0 до 2,5…100 кПа. При этом класс точности может составлять 1,5; 1,0; 0,6; 0,4, а в ряде случаев 0,25 при размахе шкалы до 270о, а в отдельных случаях до 330о.
Встречаются конструкции со сдвоенными мембранами, как это имеет место у дифманометров с мембранными коробками, показанными на рис. 2.23. В таких случаях обеспечивается более высокий класс точности измерения.
Мембраны изготовляются из различных бронз, нержавеющей стали.
Приборы выпускаются в корпусах малых (63 мм), средних и больших диаметров (100 и 160 мм).
Центрально-осевой передаточный механизм (см. рис. 2.21) используется в ряде типов мембранных манометрических приборов. На основании 1 (рис. 2.21,а) установлена поворотная ось 2 с закрепленными на ней под углом примерно 90° шаровой опорой 3 и упором 4. Конец упора соприкасается с нижней частью зубчатого сектора 5, установленного в паре с трибкой 6. На оси трибки закреплена спиральная пружина 7, устраняющая вибрации при прямом и обратном ходе.
Верхняя плата 8 со стойками 9 обеспечивает дополнительную опору трибке и оси зубчатого сектора.
Механизм работает следующим образом. Воздействие на шаровую опору приводит посредством осевого смещения поворотной оси к повороту упора. Последний перемещает сектор, который зубчатым зацеплением поворачивает трибку.
Центрально-осевой передаточный механизм конструктивно несложен, но при изготовлении требует достаточно высоких технологий обработки металла.
Мембраны нашли применение в качестве чувствительных элементов при измерении малого и среднего давления особенно вязких и загрязненных сред. Такие приборы менее чувствительны к вибрациям и пульсациям измеряемой среды, применимы при соответствующей защите мембраны для работы с агрессивными средами. Главным недостатком является малый ход мембраны (1,5…2 мм), что предопределяет повышенные требования к передаточному трибко-секторному механизму.
На рис. 2.22 показана схема манометра, в котором мембрана 1 герметично приварена к фланцу 2. В центре мембраны закреплен шток 3, соединенный с рычагом зубчатого сектора 4. В контакте с зубьями сектора находится трибка 5, на оси которой установлена стрелка 6. Шток состоит из двух частей и крепежного винта, обеспечивающего фиксацию оптимальной его длины при настройке прибора.
Рис. 2.22. Мембранный манометр для измерения давления вязких и загрязненных сред, а также виды присоединительных фланцев:
а – с открытой мембраной; б – с подводящим штуцером; в – с дополнительным фланцем; 1 – мембрана; 2 – фланец; 3 – шток; 4 – зубчатый сектор; 5 – трибка; 6 – стрелка; 7 – крепежные отверстия
Измеряемое давление ризм воздействует на мембрану, в результате чего перемещается ее центр, и через шток, зубчатый сектор этот сдвиг преобразовывается в поворот указательной стрелки.
Крепежные отверстия 7 предназначены для монтажа прибора к соответствующему фланцу, приваренному к технологическому трубопроводу.
Мембранные манометры могут выполняться как с открытой мембраной (рис. 2.22,а), так и с подводящим штуцером (рис. 2.22,б), а также с дополнительным фланцем (рис. 2.22,в).
Основное применение мембранные манометры с открытой мембраной нашли при измерении жидких сред с повышенной вязкостью или различными вкраплениями, в технологических линиях, где периодически требуется промывать оборудование и исключаются «застойные» зоны рабочего вещества.
Мембранные манометры используются для измерения как малых (от 0 до 1…25 кПа), среднего давления (от 0 до 0,04…2,5 МПа). Большая площадь мембраны также ограничивает возможность перегрузочных давлений (не более 4 МПа), хотя внутренний профиль присоединительного фланца повторяет профиль мембраны и обеспечивает сохранение его формы при незначительных перегрузках.
